Skatīt arī:Kalvina cikls

Fotosintēzes reakcijā, kas ir atkarīga no gaismas, tiek izmantota saules gaismas enerģija, lai sašķeltu ūdeni (fotolīze) un radītu ķīmiskos enerģijas nesējus. Augi uzņem fotonus ar hlorofilu un citiem pigmentiem, un iegūtā enerģija tiek izmantota, lai atdalītu ūdeni: 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e−. Fotolīzē iegūtie elektroni pārvietojas pa hloroplastu tilakoīdu membrānu elektronplūsmas ķēdi, kas ietver plastokinonu (plastoquinone), citohromu b6f un plastocianīnu. Šī elektronplūsma izraisa protonu (H+) kustību uz tilakoīda lūmeni, radot elektroķīmisku gradientu; izmantojot ķīmiosmozi un ATP sintāzi, šis gradients tiek pārvērsts ATP formā, kas nepieciešams tālākām metabolisma reakcijām.

Fotosistēmas un pigmenti

Gaismas reakcijas notiek tilakoīdu membrānās, galvenokārt granu (tilakoīda granulā) un stromu lamellās. Divas galvenās fotosistēmas — Fotosistēma II (PSII, reakcijas centrs P680) un Fotosistēma I (PSI, reakcijas centrs P700) — sadarbojas, lai pārvietotu elektronus no ūdens uz NADP+. Pigmentu komplekss (hlorofils a, hlorofils b, karotenoīdi u.c.) absorbē redzamo gaismu (īpaši sarkanās un zilās viļņu garumos) un nodod enerģiju reakcijas centriem.

NADPH veidošanās un FNR

Elektroni, kas nonāk līdz PSI, tiek izstaroti uz ferredoksīnu — mazu jonu parvietojošu proteīnu. Ferredoksīns nodod elektronus ferredoksīna-NADP+ reduktāzei (FNR), kas reducē NADP+ līdz NADPH. NADPH kopā ar ATP tiek izmantots gaismai neatkarīgajās reakcijās (piemēram, Kalvina ciklā) oglekļa dioksīda fiksācijai un ogļhidrātu sintēzei.

Cikliska un ne-cikliska elektronu plūsma

Pastāv divi elektronu plūsmas veidi:

  • Ne-cikliska plūsma — elektroni plūst no ūdens caur PSII, citohromu b6f uz PSI un beidzot pie NADP+, veidojot NADPH un radot O2 kā blakusproduktu. Šī plūsma ģenerē gan NADPH, gan ATP.
  • Cikliska plūsma — elektroni no PSI tiek novirzīti atpakaļ uz citohromu b6f un plastocianīnu, neizveidojot NADPH vai O2, bet papildus ģenerējot protonu gradientu un tādējādi papildu ATP. Tā palīdz pielāgot ATP/NADPH attiecību atbilstoši metabolisma prasībām.

Skābeklis un ekoloģiskā nozīme

Skābeklis izplūst no auga kā fotosintēzes atkritumprodukts, kas atmosfērā uztur aerobos organismus. Fotolīze ūdenī ir galvenais atmosfēras skābekļa avots uz Zemes.

Loma Kalvina ciklā

Gaismai atkarīgajās reakcijās veidotie ATP un NADPH nepieciešami gaismai neatkarīgajām reakcijām (Kalvina ciklam), kur notiek CO2 fiksācija un ogļhidrātu sintēze. Bez šiem enerģijas un redukcijas nesējiem Kalvina cikls nespētu efektīvi darboties.

Visas šīs reakcijas un pārvietojumi notiek hloroplastu tilakoīda membrānās un lūmenī, kur struktūra un pigmentu izvietojums ļauj efektīvi pārvērst gaismas enerģiju ķīmiskajā enerģijā organismu vajadzībām.